DE1068821B

DE1068821B -

Info

Publication number: DE1068821B
Application number: DENDAT1068821D
Authority: DE
Priority date: 1957-09-12
Publication date: 1959-11-12
Also published as: GB838838A; CH351347A; BE571126A; FR1197317A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoffelement für einen Kernreaktor mit mindestens einem in den SpaltstofEstab eingebetteten und von einem Wärmeträger durchfiossenen Kühlrohr, welches erzeugte Wärme aus dem Spaltstoff entnimmt.

In Verbindung mit einer anderen Gattung von Brennstoffelementen ist es an sich bekannt, einen Spaltstoffstab in mehrere Spaltstoffstücke zu unterteilen, um durch eine solche Unterteilung Formänderungen an den Uranstäben während des Reaktorbetriebes zu unterbinden.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Spaltstoffstab in an sich bekannter Weise in mehrere Spaltstoffstücke unterteilt ist und daß die Spaltstoffstücke mit axialem Abstand voneinander auf das mindeste eine in den Spaltstoffstab eingebettete Kühlrohr aufgereiht sind.

Hierbei wird insbesondere erzielt, daß die Spaltstoffstücke in dem in den Spaltstoffstab eingebetteten Kühlrohr ihr gemeinsames festes Rückgrat finden, welches sie unter anderem auch in hinreichendem axialem Abstand voneinander hält und daher verhütet, daß bei einer auftretenden Formänderung eines der Uranstücke auch die nächstliegenden Uranstücke mehr oder minder mit in Mitleidenschaft gezogen werden.

Ferner wird hierdurch erzielt, daß Ablösungen in der Grenzschicht zwischen dem SpaltstofF und dem in ihn eingebetteten Kühlrohr, die sich im Laufe des Betriebes des Reaktors selbst dann ereignen können, wenn anfangs eine intermetallische Bindung in der Grenzschicht erzielt war, durch den Abstand der Spaltstoffstücke abgestoppt werden, wodurch verhindert wird, daß sie sich auf das nächste Spaltstoffstück fortpflanzen.

Solche Ablösungen würden die Wärmeübertragung vom SpaltstofE auf das Kühlrohr erschweren, dadurch lokale Überhitzungen des Spaltstoffes und schließlich ein Schmelzen von Teilen des Spaltstoffes zur Folge haben.

Um dem Entstehen solcher Ablösungen noch mehr entgegenzuwirken, kann die das Kühlrohr umgebende Spaltstoffschicht mit Hilfe von Längsschlitzen und/oder quer gerichteten Schlitzen, z. B. auch schraubenförmigen, außerdem noch in kleinere Felder unterteilt sein, wobei diese Schlitze die Spaltstoffschicht entweder nur von außen anschlitzen und so· nur in den äußeren Teilen der Spaltstoffschicht die entstehenden Spannungen unterbrechen oder die Spaltstoffschicht bis auf die Grenzschicht zum Kühlrohr hinab durdhschlitzen können.

Die Zusammenfassung der im Brennstoffelement enthaltenen Spaltstoffstäbe kann mittels eines Graphitrohres geschehen, und die Zwischenräume zwischen Kernreaktor-Brennstoffelement
und Verfahren zu seiner Herstellung

Anmelder:

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft,
Winterthur (Sdiweiz)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Marsch, Patentanwalt, Schwelm, Drosselstr. 31

Beanspruchte Priorität: j- Schweiz vom 12. September 1957

den einzelnen Spaltstoffstäben sowie zwischen diesen a5 und dem Graphitrohr können mit Kohlenstoff, z. B. mit Graphit gefüllt sein. Hierdurch wird erzielt, daß etwa, wie vorstehend beschrieben, vom Kühlrohr abgelöste Spaltstoffteile trotzdem, und zwar durch den Kohlenstoff und Graphit, in ihrer Lage am Kuhlrohr festgehalten werden, so daß sie, falls sie schmelzen sollten, sich nicht vom Kühlrohr entfernen, sondern der kühlen Oberfläche desselben wieder, zufließen und so erneut gekühlt werden und wieder erstarren.
Das durch das Graphitrohr zusammengefaßte Spalt-Stoffelement kann unter Zwischenschaltung einer Wärmeisolierschicht außen durch einen gasdichten Mantel aus einem neutronendurchlässigen Metall geschützt sein.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum Herstellen eines Spaltstoffstabes für das Spaltstoffelement, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man die vorbereiteten, den einzubettenden Kühlrohren entsprechend gelochten Spaltstoffstücke, unter Zwischenlegen von Abstandhalten!, auf das mindestens eine einzubettende Kühlrohr aufreiht, den in dieser Weise vorläufig zusammengereihten Spaltstoffstab in eine stehende, der Oberfläche der Spaltstoffstücke angepaßte Kokille stellt und ihn zusammen mit dieser in einen Vakuumbehälter bringt, in welchem die Spaltstoffstücke so weit erhitzt werden, daß sie schmelzend auf den jeweiligen Abstandhalter absinken, sich nach außen hin der Innenwand der Kokille anschmiegen und nach innen hin eine intermetallische Bindung mit der Oberfläche des Kühlrohres eingehen.

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Claims

Als Abstandhalter kann eine perforierte Graphitplatte verwendet werden. Diese Graphitplatte verhütet somit eine Seigerung, und ihre Perforation gestattet wiederum den abzuführenden Gasen einen Durchtritt. Die Spaltstoffstücke erhitzt man zweckmäßig mittels einer elektrischen Induktionsheizung. Es empfiehlt sich, hierbei so vorzugehen, daß man, von unten beginnend, ein Spaltstoffstück nach dem anderen bis zum Schmelzen erhitzt. Weitere Merkmale der Erfindung sind an Hand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt Fig. 1 ein Brennstoffelement im Querschnitt, Fig. 2 das gleiche Brennstoffelement in einem Längsschnitt, welcher durch die Achsen zweier äußerer und des zentralen Kühlrohres gelegt ist, Fig. 3, in gegenüber Fig. 1 und 2 vergrößertem Maßstab, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Herstellen eines der im Brennstoffelement enthaltenen Spaltstoffstäbe. In den Fig. 1 und 2 besteht der Spaltstoffstab aus dem Zirkonium-Kühlrohr 1, an dem mit tunlichst intermetallischer Bindung die Spaltstoffschicht 2_ angegossen ist, und den perforierten Graphit-Abstandhaltern 3, welche die einzelnen Stücke der Spaltstoffschicht 2 voneinander trennen. Die Spaltstoffschicht 2 ist außerdem mit Längsschlitzen 4 versehen. Es sind acht Spaltstoffstäbe im Brennstoffelement zusammengefaßt. Die Zusammenfassung geschieht mittels des Graphitrohres 5, und die verbleibenden Zwischenräume sind mit Graphitpulver 6 ausgefüllt. Unter Zwischenschaltung einer evakuierten Wärmeisolierschicht 7 ist das Element außen durch einen gasdichten, aus Aluminium bestehenden Mantel 8 geschützt. Die Kühlrohre 1 werden im Betrieb von schwerem Wasser durchflossen, das als Wärmeträger benutzt wird. In Fig. 3 ist das aus Zirkonium bestehende Kühlrohr wieder mit 1 bezeichnet. Auf dasselbe sind die Spaltstoffstücke 9 unter Zwischenlegung der perforierten Graphit-Abstandhalter 3 vorläufig aufgereiht. Der in dieser Weise vorläufig zusammengereihte Spaltstoffstab ist in die Graphitkokille 10 gestellt und zusammen mit dieser senkrecht oder, zwecks Verhinderung einer Seigerung, besser geneigt in das aus Keramik bestehende Vakuumgefäß 11 gesetzt, das von der elektrischen Induktionsspule 12 umgeben ist. Diese ist in mehrere Teile 13 bis 14, 14 bis 15 usw. eingeteilt, so daß von unten mit dem Beheizen und dem Schmelzen der Spaltstoffstücke begonnen und das Schmelzen sukzessive nach oben hin fortgesetzt werden kann. Patentansprüche-

1. Brennstoffelement für einen Kernreaktor mit mindestens einem in den Spaltstoffstab eingebetteten und von einem Wärmeträger durchflossenen Kühl rohr, welches erzeugte Wärme aus dem Spaltstoff entnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der

Spaltstoffstab in an sich bekannter Weise in mehrere Spaltstoffstücke unterteilt ist und daß die Spaltstoffstücke mit axialem Abstand voneinander auf das mindestens eine in den Spaltstoffstab eingebettete Kühlrohr aufgereiht sind.

2. Brennstoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spaltstoff der Spaltstoffstäbe an mindestens einer Stelle des Umfangs längsgeschlitzt ist.

3. Brennstoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spaltstoff der Spaltstoffstäbe an mindestens einer Stelle seiner Länge qttergeschlitzt ist.

4. Brennstoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Spaltstoffelement enthaltenen Spaltstoffstäbe durch ein Graphitrohr zusammengefaßt sind und daß die Zwischenräume zwischen den einzelnen Spaltstoffstäben sowie zwischen dieser und dem Graphitrohr mit Kohlenstoff gefüllt sind.

5. Brennstoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element unter Zwischenschaltung einer Wärmeisolierschicht außen durch einen gasdichten Mantel aus einem neutronendurchlässigen Metall geschützt ist.

6. Verfahren zum Herstellen eines Spaltstoffstabes für das Brennstoffelement nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die vorbereiteten, den einzubettenden Kühlrohren entsprechend gelochten Spaltstoffstücke unter Zwischenlegen von Abstandhaltern auf das mindestens eine einzubettende Kühlrohr aufreiht, den in dieser Weise vorläufig zusammengereihten Spaltstoffstab in eine stehende, der Oberfläche der Spaltstoffstücke angepaßte Kokille stellt und ihn zusammen mit dieser in einen Vakuumbehälter bringt, in welchem die Spaltstoffstücke so weit erhitzt werden, daß sie schmelzend auf den jeweiligen Abstandhalter absinken; sich nach außen hin der Innenwand der Kokille anschmiegen und nach innen hin eine intermetallische Bindung mit der Oberfläche des Kühlrohres eingehen.

7. Verfahren nach Ansprixch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als Abstandhalter eine perforierte Graphitplatte verwendet.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Spaltstoffstücke mittels einer elektrischen Induktionsheizung erhitzt.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man, von unten beginnend, ein Spaltstoffstück nach dem anderen bis zum Schmelzen erhitzt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Schweizerische Patentschrift Nr. 286 658;
französische Patentschrift Nr. 1 126 414;
britische Patentschrift Nr. 754 183;
USA.-Patentschrift Nr. 2 798 848;
»Atomics«, 8, Nr. 1, 1957, S. 5;
»Nucleonics«, 14, Nr. 12, 1956, S. 14;
»Genfer Berichte«, Bd. 3, 1955, S. 337.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

® 909 648/327 11.59